Ионизация - примесный атом
Cтраница 3
При этом, по-видимому, возникают только электроны или только дырки в зависимости от того, какие образцы используются - электронные или дырочные. В кремнии, где энергия ионизации примесных атомов - 0 05 эв, энергии микроволн оказывается недостаточно для ионизации и приходится использовать другие методы создания свободных носителей тока. В опытах, в которых для ионизации использовалась микроволновая техника, энергия микроволн была модулирована по амплитуде, чтобы обеспечить переменный сигнал для детектирующего канала. [31]
Последнее неравенство означает, что практически все примесные атомы находятся в ионизованном состоянии и потому концентрация основных носителей совпадает с концентрацией примеси. Очевидно, что дальнейшее повышение температуры не может увеличить концентрации носителей, возникающих за счет ионизации примесных атомов. [32]
Еп - энергия ионизации примесных атомов, k - постоянная Больцмана, Т - абс. В связи с этим график зависимости проводимости от обратной темп-ры представляет собой ломаную линию, наклон каждого из отрезков к-рой определяет энергию ионизации примесных атомов. Если вырождение не наступило, то произведение концентраций электронов и дырок не зависит от концентрации и св-в примесных атомов. Типичными примесями для германия и кремния являются элементы III и V групп таблицы Менделеева. [33]
Примесные уровни некоторых атомов лежат, по-видимому, в полосе разрешенных энергий, и по этой причине их трудно определить на опыте. Такая ситуация может иметь место тогда, когда энергия ионизации соответствующих примесных атомов замещения в кристалле сравнима с шириной запрещенной зоны, или даже больше ее. Поэтому такие примесные атомы не могут присоединить к себе лишнего электрона и образовать устойчивый отрицательный ион. Имеются основания считать, что именно таким образом ведет себя примесь водорода в решетке Ge и Si. [34]
Таким образом, проводимость зависит от того, как меняется ге с температурой. Как следовало ожидать, с повышением температуры te падает, так что на рис. 5.7 удельное сопротивление выше 100 К растет до тех пор, пока собственная проводимость не начинает доминировать. Соответственно удельное сопротивление растет и продолжает расти, пока температура не понизится примерно до 10 К, когда ионизация примесных атомов практически прекращается и свободные носители отсутствуют. [35]
В качестве донорных примесей в ZnO могут быть также атомы водорода, алюминия и индия. Литий при низких температурах образует растворы внедрения. При высоких температурах он дает дефекты замещения, а потому функционирует как акцептор. Энергия ионизации примесных атомов цинка и водорода равна 0 02 эв. [36]
Этот вид поглощения света связан с ионизацией или возбуждением примесных атомов. Поглощение фотонов вызывает переходы электронов донорных атомов в зону проводимости или же переход валентных электронов полупроводника на акцепторные уровни. Могут наблюдаться также переходы электронов примесных центров на энергетические уровни возбуждения этих атомов. Энергия ионизации примесных атомов веществ, которыми обычно легируются полупроводники, в десятки и сотни раз меньше ширины запрещенной зоны и лежит обычно в пределах сотых долей электронвольта. Поэтому спектр примесного поглощения располагается обычно за длинноволновой границей собственного поглощения. Спектры примесного поглощения охватывают широкие полосы частот, так как электроны донорных атомов при поглощении света могут переходить на свободные энергетические уровни в зоне проводимости, лежащие достаточно далеко от ее дна, а ионизация акцепторных атомов может происходить за счет перехода электронов с более глубоких энергетических уровней валентной зоны. [37]
 |
Зонная диаграмма полупроводника. [38] |
Пятый электрон атома примеси в ковалентной связи не участвует. Со своим атомом он связан силой кулоновского взаимодействия. Энергия этой связи невелика - порядка сотых долей электрон-вольт. Так как при комнатной температуре тепловая энергия 0 03 эВ, то очевидно, что при этой температуре будет происходить ионизация примесных атомов мышьяка вследствие отрыва пятого валентного электрона, который становится свободным. Наряду с ионизацией примеси может происходить и ионизация атомов основного вещества. Но в области температур ниже той, при которой имеет место значительная собственная проводимость, число электронов, оторванных от примеси, будет значительно больше количества электронов и дырок, образовавшихся в результате разрыва ковалентных связей. [39]
 |
Плоская модель кристаллической решетки полупроводника п-типа ( кремния, легированного мышьяком.| Зонная диаграмма полупроводника п-типа. [40] |
Со своим атомом он связан силой кулоновского взаимодействия. Энергия этой связи невелика. Так как при 300 К тепловая энергия kT 0 03 эВ, то очевидно, что при комнатной температуре будет происходить ионизация примесных атомов мышьяка вследствие отрыва пятого валентного электрона, который становится свободным. В германии при 300 К все примесные атомы мышьяка ионизованы. Образовавшиеся при этом положительные ионы примеси принимать участия в электропроводности не могут, так как они локализованы. Находясь в узле кристаллической решетки полупроводника, они являются ее структурными элементами. [41]
Концентрация электронов ( п) и дырок ( р) в конкретном полупроводнике определяется, с одной стороны, температурой, а с другой, наличием в решетке полупроводника тех или иных примесных атомов или ионов. Совершенный кристалл полупроводника при температуре абсолютного нуля является изолятором. Источниками носителей тока при повышении температуры является заполненная зона и химические примеси в решетке. Химические примеси могут действовать как доноры или акцепторы. Для большинства интересующих нас полупроводников эта величина лежит в пределах 1.2 - 0.2 эв. Энергия ионизации примесных атомов обычно значительно ниже и уменьшается с увеличением концентрации примеси. [42]
Возникновение электронной или дырочной электропроводности при введении в идеальный кристалл различных примесей обусловлено следующим. Рассмотрим кристалл Si, в котором один из атомов замещен атомом Sb. При этом четыре электрона образуют парные электронные связи с четырьмя ближайшими атомами Si. Свободный пятый электрон продолжает двигаться вокруг атома Sb по орбите, подобной орбите электрона в атоме Н2; однако сила его электрического притяжения к ядру уменьшится соответственно величине диэлектрической проницаемости Si. Такой слабо связанный электрон легко отрывается от атома Sb под действием тепловых колебаний решетки при низких температурах. Низкая энергия ионизации примесного атома означает, что при температурах около - 100 С все атомы примесей в Ge и Si уже ионизированы, а освободившиеся электроны участвуют в процессе электропроводности. При этом основными носителями заряда являются электроны и возникает электронная ( отрицательная) электропроводность, или электропроводность п - типа. [43]
Возникновение электронной или дырочной электропроводности при введении в идеальный кристалл различных примесей обусловлено следующим. Рассмотрим кристалл Si, в котором один из атомов замещен атомом Sb. При этом четыре электрона образуют парные электронные связи с четырьмя ближайшими атомами Si. Свободный пятый электрон продолжает двигаться вокруг атома Sb по орбите, подобной орбите электрона в атоме Нг; однако сила его электрического притяжения к ядру уменьшится соответственно величине диэлектрической проницаемости Si. Такой слабо связанный электрон легко отрывается от атома Sb под действием тепловых колебаний решетки при низких температурах. Низкая энергия ионизации примесного атома означает, что при температурах около-100 С все атомы примесей в Ge и Si уже ионизированы, а освободившиеся электроны участвуют в процессе электропроводности. При этом основными носителями заряда являются электроны и возникает электронная ( отрицательная) электропроводность, или электропроводность п - типа. [44]
Появление электронной или дырочной проводимости при введении в идеальный кристалл различных примесей происходит следующим образом. Предположим, что в кристалле кремния один из атомов замещен атомом сурьмы. Четыре электрона образуют парные электронные связи с четырьмя ближайшими соседними атомами кремния. Оставшийся пятый электрон будет двигаться около атома сурьмы по орбите, подобной орбите электрона в атоме водорода, но сила его электрического притяжения к ядру уменьшится соответственно диэлектрической проницаемости кремния. Слабо связанный электрон легко может быть оторван от атома сурьмы под действием тепловых колебаний решетки при низких температурах. Такая низкая энергия ионизации примесного атома означает, что при температурах около - 100 С, все атомы примесей в германии и кремнии уже ионизированы, а освободившиеся электроны участвуют в процессе электропроводности. [45]
Страницы: 1 2 3 4